鋼的熱處理知識(shí)

1、 鋼的熱處理一、鋼的熱處理定義： 把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度，進(jìn)行必要的保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。三、鋼的熱處理目的：1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，為切削加工或熱處理做組織和性能上的準(zhǔn)備。叫預(yù)先熱處理。 2、提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料延長(zhǎng)零件使用壽命。叫最終熱處理。 四、熱處理的方法（按工藝方法不同分） 退火：完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等正火淬火：回火：低溫回火、中溫回火、高溫回火固溶處理整體熱處理表面熱處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積等離子化學(xué)氣相沉積滲碳滲氮碳氮共滲其

2、它：滲其它金屬或非金屬、多元共滲化學(xué)熱處理第一節(jié) 熱處理基本原理 熱處理之所以能夠使鋼的性能發(fā)生很大變化，主要是由于在加熱和冷卻過(guò)程中，鋼的內(nèi)部組織發(fā)生了變化造成的一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 大多數(shù)熱處理工藝需要將鋼加熱到臨界溫度以上（A區(qū)域）才能進(jìn)行，所以加熱轉(zhuǎn)變主要包括A的形成和晶粒長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。 1、奧氏體的形成 以共析鋼為例（c=0.77%）影響奧氏體形成的因素： 溫度：溫度越高，原子擴(kuò)散能力越大，加速奧氏體形成。 原始組織：原始組織越細(xì)，相界面越多，提供的奧氏體晶核就愈多，碳原子的擴(kuò)散距離也越短，加速奧氏體形成。 鋼的成分：含碳量增加，F(xiàn)和Fe3C相界面越多，加速奧氏體形成。加入合金元素后

3、不改變A形成的基本過(guò)程，但會(huì)減緩A的形成速度2、奧氏體晶粒的長(zhǎng)大（粗化） 隨著溫度的升高，奧氏體晶粒會(huì)逐漸長(zhǎng)大。 晶粒度：表示晶粒大小的尺度。 分為十個(gè)等級(jí)。一級(jí)最粗，十級(jí)最細(xì)。 粗大的A晶粒冷卻后得到粗大的晶粒組織力學(xué)性能和工藝性能差合理選擇加熱溫度和保溫時(shí)間。一、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 室溫時(shí)鋼的力學(xué)性能，不僅與經(jīng)過(guò)加熱、保溫后獲得的A晶粒大小有關(guān)，而且決定于A經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得的組織。而冷卻方式、 冷卻速度對(duì)A組織的轉(zhuǎn)變有直接影響。A鋼冷卻至室溫有兩種方式：連續(xù)冷卻: 就是使奧氏體化后的鋼，在溫度連續(xù)下降的過(guò)程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。水冷、油冷、爐冷、空冷。 等溫冷卻：將奧氏體化后的鋼迅速冷卻到A1以

4、下某一溫度，恒溫停留一段時(shí)間，在這段保溫時(shí)間內(nèi)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻下來(lái)。1、過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變 以共析鋼為例： 過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線：由于過(guò)冷溫度和等溫時(shí)間不同，過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不相同，表示過(guò)冷A不同的等溫冷卻溫度、等溫時(shí)間與轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物之間關(guān)系的曲線C曲線。（1）建立C曲線 共析鋼A的等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立是通過(guò)一系列不同過(guò)冷的等溫冷卻實(shí)驗(yàn)建立的。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出：不同過(guò)冷A在恒溫下開(kāi)始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間，畫(huà)到溫度時(shí)間坐標(biāo)系中，然后把開(kāi)始時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間分別連接起來(lái)，即得共析鋼C曲線。（2）共析鋼過(guò)冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能 珠光體類(lèi)型（高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：共析鋼A過(guò)冷到723

5、550之間A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物屬于P型組織。 分類(lèi)如圖。 貝氏體形轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ）：A在550-230保溫轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w型轉(zhuǎn)變，其組織類(lèi)型為貝氏體組織。它是由含碳過(guò)飽和的F+3兩相混合物。分類(lèi)如圖。 馬氏體型轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：230 -60保溫轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體型轉(zhuǎn)變，其組織類(lèi)型為馬氏體組織。分為板狀和片狀馬氏體，圖3-9。馬氏體是碳在-中的過(guò)飽和固溶體。 （3）影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素 碳的影響： c增加，亞共析鋼的C曲線右移；過(guò)共析鋼的C 曲線左移。 合金元素的影響：初CO外，所有合金元素如入奧氏體后會(huì)增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性， 使C曲線右移。2、過(guò)冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 與等溫冷卻曲線相比，連

6、續(xù)冷卻曲線都處于右下方，說(shuō)明轉(zhuǎn)變溫度低，孕育期長(zhǎng)。 共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)，只有珠光體轉(zhuǎn)變而無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變。亞共析鋼可以產(chǎn)生貝氏體組織。合金鋼可以有珠光體及貝氏體轉(zhuǎn)變，有珠光體無(wú)貝氏體?；蛴胸愂象w而無(wú)珠光體轉(zhuǎn)變等多種情況。 當(dāng)連續(xù)冷卻速度達(dá)到某一值時(shí)，冷卻曲線與C曲線相切，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，而在低溫區(qū)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，通常稱(chēng)為臨界冷卻速度。冷速小時(shí)，得到珠光體與馬氏體混合組織，更小時(shí)，得到珠光體組織。3、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖是選擇鋼種及制訂熱處理工藝的基本依據(jù)之一。（1）不同成分的鋼具有不同的轉(zhuǎn)變圖，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)要求合理選擇適用而廉價(jià)的材料。（2）制定熱處理工藝規(guī)程，選擇冷卻介質(zhì)。（3

7、）估計(jì)零件在熱處理?xiàng)l件下各部位可能得到的組織。第二節(jié) 鋼的整體熱處理一、鋼的退火概念：將鋼加熱、保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的工藝過(guò)程。 完全退火 :普通退火、等溫退火 球化退火 去應(yīng)力退火 再結(jié)晶退火等 1、完全退火 工藝：加熱Ac3以上3050保溫隨爐冷到500度以下空冷室溫。 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織 ，提高塑韌性，消除內(nèi)應(yīng)力，便于機(jī)械加工。2、等溫退火 工藝：加熱Ac3以上保溫快冷至珠光體轉(zhuǎn)變溫度等溫停留轉(zhuǎn)變?yōu)镻出爐空冷 目的：同上。但時(shí)間短，易控制，脫氧、脫碳小。（適用于過(guò)冷A比較穩(wěn)定的合金鋼及大型碳鋼件）3、球化退火 概念：是使鋼中的滲碳體球化的工藝過(guò)程。 對(duì)象：共析鋼和過(guò)共

8、析鋼 工藝：(1)等溫球化退火加熱Ac1以上2030度保溫迅速冷卻到Ar1以下20度等溫隨爐冷至600度左右出爐空冷。 （2）普通球化退火加熱Ac1以上2030度保溫極緩慢冷卻至600度左右出爐空冷。（周期長(zhǎng)，效率低，不適用） 目的：降低硬度、提高塑韌性，便于切削加工。 機(jī)理：使片狀或網(wǎng)狀滲碳體變成顆粒狀（球狀） 說(shuō)明：退火加熱時(shí)，組織沒(méi)有完全A化，所以又稱(chēng)不完全退火。4、去應(yīng)力退火 工藝：加熱到Ac1以下某一溫度（500650度）保溫緩冷至室溫。 目的：消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。二、鋼的正火 工藝：加熱到Ac3或Accm以上3050度保溫出爐空冷。 目的：亞共析鋼中

9、自由鐵素體減少，過(guò)共析鋼中網(wǎng)狀滲碳體消失 。 低碳鋼：提高硬度，克服粘刀現(xiàn)象，改善切削加工性。 中碳鋼：細(xì)化晶粒，為淬火做好組織準(zhǔn)備，對(duì)性能要求不高的零件，可作為最終熱處理。 高碳鋼：消除網(wǎng)狀Fe3C。三、鋼的淬火 工藝：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30-50度 ，保溫快速冷卻（vk）以獲得馬氏體的工藝方法。 目的：提高鋼的硬度和耐磨性。 分類(lèi)（方法）：1、單液淬火；2、雙液淬火；3、分級(jí)淬火；4、等溫淬火；5、冷處理 亞共析鋼： Ac3+3050OC 過(guò)高：淬火后M粗大，嚴(yán)重變形 過(guò)低：淬火后組織出現(xiàn)F，硬度、強(qiáng)度不足，不均。· 過(guò)共析鋼： Ac1+3050OC 過(guò)高：淬火后M粗大

10、，脆性增大，易變形，開(kāi)裂。殘余A增多，硬度、耐磨性降低。 過(guò)低： A化不均勻。 一般過(guò)共析鋼，淬火前需要正火或球化退火，消除網(wǎng)狀滲碳體。3、淬火方法 單液淬火：將A化的鋼放進(jìn)水或者油等淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法。 如：碳鋼件水冷，合金鋼油冷，厚大碳鋼件鹽水冷等。 特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、機(jī)械化。· 雙液淬火：將A化的鋼先放進(jìn)水中冷卻到300200度在迅速移到油中（甚至放到空氣中）的冷卻操作方法。 特點(diǎn)：即可淬硬又可避免開(kāi)裂和變形。但操作困難。· 分級(jí)淬火：將A化的鋼放進(jìn)稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴槽中停留25分鐘，然后取出在空氣中冷卻。 特點(diǎn)：應(yīng)力小，避免開(kāi)裂和變形。但鹽

11、浴冷卻能力有限，只適用于形狀復(fù)雜，尺寸較小的零件。等溫淬火：將A化的鋼放進(jìn)稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴槽中保溫足夠時(shí)間，使過(guò)冷A轉(zhuǎn)變?yōu)锽下 ，然后取出空冷方法。 特點(diǎn)： B下 硬度較高，韌性較好，變形又小。適于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求的零件。· 冷處理：使殘余A轉(zhuǎn)化為 M。提高硬度和耐磨性。穩(wěn)定尺寸。需專(zhuān)門(mén)設(shè)備成本高。4、淬硬性和淬透性 淬硬性：鋼在正常淬火條件下，淬火形成的馬氏體所能達(dá)到的最高硬度。 淬硬性取決于馬氏體的含碳量，含碳量越高，碳的過(guò)飽和度就越大，硬度越高。 淬透性：鋼在規(guī)定淬火條件下，可以達(dá)到的淬硬層深度。 影響因素：過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，即Vk。 末端淬火法測(cè)定淬透性。2、鋼的回

12、火 工藝：將淬火后的鋼重新加熱到A1以下某一溫度保溫，然后冷卻（一般空冷)至室溫。 目的：消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。 力學(xué)性能：隨著回火溫度的升高，硬度、強(qiáng)度下降，塑性韌性升高。1、低溫回火：150-250 ，M回，減少內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動(dòng)軸承等。2、中溫回火：350-500 ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。3、高溫回火：500-650 ，S回，具有良好的綜合力學(xué)性能。用于制作齒輪、曲軸等。 淬火后再高溫回火稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。第三節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理 一、表面淬火

13、工藝（概念）：對(duì)零件進(jìn)行快速加熱，使表面迅速達(dá)到淬火溫度，而心部來(lái)不及被加熱的情況下立即冷卻，使表面得到高硬度的馬氏體，而心部仍保持原來(lái)組織的一種熱處理工藝。· 分類(lèi)： （1）感應(yīng)加熱表面淬火：高頻，中頻、低頻。 （2）火焰加熱表面淬火二、化學(xué)熱處理 工藝（概念）：將零件放入一定的活性介質(zhì)中，經(jīng)加熱、保溫，使介質(zhì)的活性原子滲入零件表層中，從而改變表層化學(xué)成分、組織和性能的工藝方法。 分類(lèi)： （1）滲碳：氣體滲碳、固體滲碳 （2）滲氮：氣體氮化、離子氮化 （3）碳氮共滲 （4）其它滲入法1、化學(xué)熱處理的基本過(guò)程1）化學(xué)滲劑在溫度（加熱）及催化劑作用下分解出能滲入工件表面的活性元素。2）

14、活性原子被工件表面吸附。3）在一定溫度下工件表面的活性原子向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。2、滲碳 滲碳是向鋼的表面滲入碳原子，使其表面達(dá)到高碳鋼的含碳量，增加耐磨性。1）氣體滲碳工藝及組織 氣體滲碳是采用液體或氣體碳?xì)浠衔镒鳛闈B碳劑，（如：煤油、甲苯或含碳的氣體）。 滲碳溫度是900950。時(shí)間取決于要求的滲碳層深度，從幾小時(shí)到十幾小時(shí)不等。 滲碳以后，零件表面含碳量約為0.81.0%，由表面到中心含碳量逐漸降低。2）滲碳后的熱處理 為使?jié)B碳件具有高的力學(xué)性能，滲碳后須進(jìn)行淬火及回火處理。滲碳層的組織為細(xì)小針狀馬氏體和粒狀分布的滲碳體組織。3、滲氮（氮化） 滲氮是將氮原子滲入鋼件表面，形成以氮化物為主的滲氮層，以提高滲層的硬度、耐磨、耐蝕和耐疲勞強(qiáng)度等多種性能。1）滲氮工藝特點(diǎn) 滲氮?jiǎng)榘睔猓睔庠?80600 分解出具有活性的氮原子滲入工件中，形成富氮層而完成氮化。 滲